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C语言-结构体-详解
- 1.前言
- 2.结构体类型
- 2.1声明
- 2.2变量的创建与初始化
- 2.3访问
- 2.4匿名结构体类型
- 3.结构体内存对齐
- 3.1对齐规则
- 3.2示例
1.前言
在C语言中，除了整型、浮点型等给定的类型外，还有很多自定义类型，结构体就是其中之一。
结构体十分重要，想要学好数据结构，必须掌握指针、结构体和动态内存管理。
本篇，我将详细介绍C语言中的结构体。
2.结构体类型
结构体作为C语言的一种重要的数据类型，其特点是由一组数据组合而成，且这些数据的类型可以不同。
2.1声明
基本框架：
struct tag
{member-list;
}variable-list;
其中，tag为该结构体的名字，member-list为成员列表，variable-list为创建变量的列表。
例如：
struct student
{char name[20];int age;int tele;
}s1,s2;
为了存储一个学生的信息，需要存储姓名、年龄、电话等等内容，这些内容的数据类型显然不同，因此，可以用结构体存储:
struct student
这里定义了一个结构体类型struct student，代表该结构体类型用于存储学生信息。
在这之后：
{char name[20];int age;int tele;
}
这里的name、name、tele称为结构体的成员，共同组成成员列表。
最后：
s1,s2;
这里使用结构体类型创建了两个变量s1和s2，代表学生一和学生二。
当然，这里也可以不创建变量，但需注意， 分号一定不能丢 !
顺带一提，好像只要顺序正确，都能编译成功：
不过这样的代码过于恶心，这里只是尝试一下，平时可不敢这样写😂。
2.2变量的创建与初始化
创建：
struct Stu
{char name[20];int age;int tele;
}s1;
struct Stu S2;
int main()
{struct Stu S3;return 0;
}
S1、S2为全局变量，S3为局部变量
初始化大致分两种：
- 按原顺序进行初始化
struct Stu s1 = { "张三", 18, 11223344 };
- 按指定顺序进行初始化
struct Stu s2 = { .age = 81, .tele = 44332211, .name = "李四" };
2.3访问
直接访问：
使用.
struct Stu s1 = { "张三", 18, 11223344 };
printf("Name: %s\nAge: %d\nTele: %d\n", s1.name, s1.age, s1.tele);
运行结果如下：
通过指针访问：
常见于数据结构部分，因为这部分的结构体变量大多是在堆上分配的。
struct Stu *p = malloc(sizeof(struct Stu));
if(!p){perror("malloc");return 1;}
strcpy(p->name, "李四");
p->age = 81;
p->tele = 44332211;printf("Name: %s\n", p->name);
printf("Age: %d\n", p->age);
printf("Tele: %s\n", p->tele);free(p);
p = NULL;
运行结果如下：
一个小细节：
p->name = "李四"; //strcpy(p->name, "李四");为什么不能写成这样？
在C语言中，字符串常量（如 “李四”）是不可修改的常量数组。
当试图将一个字符串常量赋值给一个字符数组时，编译器会报错：
因此，需要先创建一个字符数组，然后将字符串strcpy复制到这个数组中。
2.4匿名结构体类型
特点是没有名字，且只能用一次：
struct
{char name[20];int age;int tele;
}s,*ps;
使用时，只能在结构体后创建变量，如s、*ps。
且，即便两个匿名结构体的成员列表相同，它们依然是两个不同的类型。
3.结构体内存对齐
先来看看下面这段代码：
struct S1
{char c1;int n;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int n;
};
int main()
{printf("%zd\n",sizeof(struct S1));printf("%zd\n",sizeof(struct S2));return 0;
}
运行结果如下：
12
8
如果单纯的将成员列表中各个成员的大小相加，那么S1、S2都应该是6字节。
但是很遗憾，不仅不是6字节，S1、S2的大小甚至都不一样，这是为什么呢？
结构体的大小不是结构体元素单纯相加就行的，因为主流的计算机使用的都是32bit字长的CPU，对这类型的CPU取4个字节的数要比取一个字节要高效，也更方便。所以在结构体中每个成员的首地址都是4的整数倍的话，取数据元素时就会相对更高效，这就是内存对齐的由来。
3.1对齐规则
- 第一个成员对齐到偏移量为0的位置。
- 之后的成员对齐，对齐到对齐数的整数倍处。
- 总大小需是最大对齐数的整数倍。
对齐数：
- 常见类型的对齐数，按默认对齐数和自身长度，较小的那个进行
- 数组的对齐数，按默认对齐数和自身成员长度，较小的那个进行
- 结构体的对齐数，按默认对齐数和自身成员最大长度，较小的那个进行
默认对齐数：
每个特定平台上的编译器都有自己的默认对齐数，如VS上的是8。
也可以通过预编译指令修改默认对齐数：
#pragma pack(n)
注：这里的n最好取2的倍数
3.2示例
下面我将给出多个结构体，并解释它们的大小是如何得到的。
struct S1
{char c1;char c2;int n;
}
先将c1存入偏移量为0的位置，占一字节：
再存c2，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为1的位置，占一字节：
再存n，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：
最后，最大对齐数为4，因此大小为8。
struct S2
{char c1;int n;char c2;
};
先将c1存入偏移量为0的位置，占一字节：
再存n，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：
再存c2，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为8的位置，占一字节：
最后，最大对齐数为4，因此大小为12。
struct S3
{short n;char c;int i;
};
先将n存入偏移量为0的位置，占两字节：
再存c，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为2的位置，占一字节：
再存i，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：
最后，最大对齐数为4，因此大小为8。
struct S4
{char c;struct S3 s3;double d;
};
先将c存入偏移量为0的位置，占一字节：
再存S3，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占八字节：
再存d，计算得对齐数为8，因此存入偏移量为16的位置，占八字节：
最后，最大对齐数为8，因此大小为24。
希望本篇文章对你有所帮助！并激发你进一步探索C语言的兴趣！
本人仅是个C语言初学者，如果你有任何疑问或建议，欢迎随时留言讨论！让我们一起学习，共同进步！
